由于发明了3D打印技术的时间,因此它改变了传统的制造过程。它具有快速打印零件原型和物理模型并压缩产品开发时间的能力。这项技术的原则是从计算机文件逐层建造材料,最终产生可见且有形的三维对象。人们通常会感到困惑,因为它是如何逐步完成的。在下文中,我们将描述其实际操作,典型形式和实际应用程序方案。
什么是3D打印?
3D打印魔术在于将计算机型号切成数百个横截面层,并通过构建材料来切割固体形成。这只是减少制造业的层面打击!有时传统的处理需要切割整个原材料,从而导致多达80%的浪费,而3DPRINTING可以直接节省霉菌的开发成本!只用一台机器来实现非常简单,材料的利用率已上升至95%!
您认为最具破坏性是什么?常规的减法制造需要数周来量身定制零件,但是现在仅上传CAD文件就足够了,并且它可以握住48小时。 3D打印服务解决方案可以有效地实现这一目标。
我们需要了解3D打印历史的知识?
3D打印的历史不像您想象的那样古老!
他们在第二次世界大战结束时想到了这个概念,但是直到1980年才实施了这一概念!那是日本科学家Hideo Kodama博士发明的快速原型技术的原型,这震惊了制造业社区。
但是在1986年,有一个名叫查尔斯·赫尔(Charles Hull)的美国人,他发明了三维光刻技术,能够通过液体树脂和紫外线发明三维物体。在他们的脚跟上,两位得克萨斯大学教授提出了一个技术,提出了一个新技巧利用激光烧结到烧结材料粉末,这在当今行业中通常用作SLS过程。
在1990年代后期,个人计算机开始成为主流,设计软件变得易于使用,开源环境变得活跃。由于3D设计软件开始出现在大学校园中,因此强迫工程师将3D打印机与标准喷气式喷气式印刷设备相同的尺寸较小到相同的尺寸。
2006年,桌面3D打印机正式可用于消费者,价格从数万美元下降到两千美元。
COVID-19无意间是技术进步的推动力。 2020年,当世界各地的医院都在竞争以获取呼吸机配件时,工程师使用3D打印机打印了加时赛,以在一夜之间交付零件,甚至有些甚至利用3D打印机打印透明的保护性面罩。这直接敦促更新行业标准的过程,现在医学级3DPRINTING材料必须经过生物相容性测试,并且准确性的差异为0.1毫米的监管。
3D打印不再是实验室设备。它也进入了大小工厂的制造过程。
导电金属油墨和可生物降解的生物塑料是由材料科学家发明的,反过来又推动了印刷技术的发展。这两个领域总是在彼此的比赛中齐头并进,这很有趣。
简而言之,3D打印如何工作?
3D打印的工作流程可以分为四个关键步骤,从图纸到成品的精确生产。
步骤1:需要构建数字模型
您可以使用CAD软件从头开始设计,也可以使用3D扫描仪准确复制物理对象。这个阶段特别有趣,因为设计师可以反复调整3D打印模型在虚拟空间中,例如将机械零件的壁厚从5毫米减少到3毫米,以避免在打印过程中浪费材料。
步骤2:输入格式转换阶段
有一个技术细节值得注意,STL格式将模型的表面分解为无数的三角形网格,就像使用镶嵌难题恢复三维形状一样。但是高级玩家已经开始使用AMF格式,该格式可以记录更多信息,例如颜色和材料,就像将属性标签添加到3D打印模型一样。在这一点上,我们需要调整位置角度并想象打印悬挂的手臂模型。合理的倾斜角可以将支撑结构降低60%。
步骤3:切片软件
它将3D模型切成数百层的2D轮廓,每一层的直径与头发直径(0.05-0.3毫米)一样厚。打印机开始根据此设置工作。这FDM过程通常在桌面级别使用,喷嘴将塑料线加热至220℃,并将其挤压成形状。工业级设备使用激光立即融化金属粉末,达到千分尺的准确性。
步骤4:关键的后处理步骤
拆卸支撑结构需要仔细去除辅助框架并用砂纸打磨关节。航空航天零件还需要进行热等静止的紧迫处理,最终质量检查需要使用激光扫描仪检查尺寸误差是否在0.1毫米内。这是医学植入物(例如人造关节)的关键标准。
3D打印的常见类型是什么?
有四种主要技术在3D打印服务中发挥重要作用:
1.Sla
它出生于1986年,至今仍是精确制造业的王牌。它的秘密武器是紫外线激光,就像使用光作为雕刻刀逐层固化液体树脂,精度的十分之一!从牙科诊所的看不见的牙套到珠宝设计中的微型雕刻型号它丝般的表面处理能力。
2.FDM
它是3D打印服务中成本效益的国王,其工作原理就像是升级的热融化胶枪,加热PLA或ABS塑料线至220℃并将其挤出成形。尽管分层对肉眼可见,但优势是设备便宜,您可以购买两千元人民币的台式机级机器,这特别适合大学生进行课程设计或制造商以DIY个性化的装饰品。但是,要打印承载负载的结构组件,必须使用工业级FDM,这可以处理碳纤维增强的尼龙,当然,价格也直接达到了六个数字。
3。SLS
它直接在尼龙粉末上烧结。无论400瓦激光束走到哪里,粉末都会立即融化成密集的结构,甚至更好的是,未渗出的粉末自然会形成支撑,使得可以打印复杂的几何形状,例如空心结构和蛇形管。阿迪达斯的Futurecraft 4D运动鞋中底是使用SLS技术印刷的蜂窝结构,它既轻量级又具有出色的缓冲。
4。MJF
它可以被视为具有千分钟水平精度的艺术家,能够同时喷洒6种材料,其16微米层的厚度精度使肉眼很难区分层标记。更令人惊讶的是,某些工业模型可以直接在零件内部打印导电线,例如助听器的精确外壳集成电子组件,这正在破坏传统的电子制造过程。
在医疗领域,它用于创建带有彩色血管标记的手术指南,使外科医生可以清楚地看到肿瘤与血管之间的空间关系。
比较四种类型的3D打印技术
技术类型 | 准确性(MM) | 核心材料 | 打印速度(cm³/h) | 典型的应用程序方案 | 价格范围(10000元) |
SLA | 0.05 | 医学级光敏树脂。 | 30-60 | 无形的牙套/精密铸造模具。 | 50,000-500,000 |
FDM | 0.1-0.3 | PLA/碳纤维尼龙。 | 50-150 | 教育原型/承载结构组件。 | 2,000-300,000 |
SLS | 0.08 | 尼龙12粉/TPU弹性体。 |
20-40
|
太空支架/运动鞋中底。 | 400,000-200万 |
MJF | 0.016 |
混合光敏树脂+导电材料。
|
10-25 | 手术导板/嵌入式电子组件。 | 600,000-300万 |
哪些行业经常使用3D打印技术?
1.医疗保健
3D模型打印技术正在为医疗行业带来革命性的变化。从裁缝制造的骨植入物到用于辅助手术的模拟模型,该技术使治疗更加准确,更便宜,更快。特定应用程序包括:
- 定制的牙科植入物:通过计算机设计模型和患者CT扫描数据,打印出完美适合口腔的植入物,这不仅改善了舒适性,还可以增强功能。
- 个性化假肢:根据个人人体数据定制的假体不仅更方便使用,而且看起来更接近真正的四肢,使假肢的生产成为定性的飞跃。
- 手术模拟道具:医生可以使用患者器官的3D复制品预先练习手术计划,这相当于在复杂的手术中添加彩排,从而大大提高了成功率。
- 精确的药物输送工具:专门设计的3D打印设备可以准确控制药物剂量,例如为儿童定制的小剂量药品盒,使药物更安全。
2.航空制造
飞机制造商使用3D打印技术来解决两个核心问题:
- 迅速制作新零件的原型样品,消除了传统霉菌开口的漫长过程。
- 复制旧型号的停用配件,例如使用3D打印到恢复30年前飞机的通风部分。
- 这种方法不仅可以确保质量并满足特殊需求,还可以节省大量的生产成本。
3. Automobile制造
从概念车设计到零件生产,3D打印正在改变汽车制造的各个方面:
- 使用激光烧结粉的SLS技术,可以在48小时内制造发动机原型。
- FDM技术打印的测试零件使设计团队可以快速验证新结构。
- 保时捷已使用3D打印技术来复制经典模型的停产部分,给经典汽车新的生活。
4.教育和科学研究
学校通过3D打印使知识可见和切实:
- 在历史课中打印青铜模型,学生可以用自己的手触摸模式的细节。
- 生物学类使用透明的人体器官模型来显示内部结构。
科学研究机构正在探索尖端领域:
- 康奈尔大学(Cornell University)试图用生物材料打印人造心脏组织。
- 麻省理工学院正在开发可打印的微电子组件。
5.每日消费品行业
3D打印将个性化产品带入生活:
- 眼镜师可以在现场扫描面部形状以打印独特框架。
- 珠宝设计师使用树脂打印具有复杂形状的吊坠。
- 服装品牌推出3D编织透气运动鞋。
现在,需要在传统制造中需要模具的产品可以通过3D打印以小批量生产,这特别适合定制需求。
为什么使用3D打印?
1.客户化具有很大的优势
传统工厂需要首先打开模具来制造一个新物体,仅模具成本就可以很容易地达到成千上万的人民币。 3D打印是不同的,您可以通过在计算机上构建模型直接开始工作。
三个可见的好处:
1.精度可与绣花相媲美:使用JS的光固化打印的助听器(SLA)技术具有少于一半的头发厚度(<50微米)的误差控制,并且在磨损时根本不会伤害耳朵。
2.颜色和材料可以自由选择:现在为儿童定制生日礼物,混合粉红色,蓝色和透明的塑料,用于打印,并制作渐变的玩具车。
3. SIME DAY送货:某个牙科诊所根据患者的牙科数据打印无形的牙套。患者在早上拍摄牙科照片后,他们可以在下午收到独家的正畸电器。
技术支援:
- SLA(立体光刻):能够打印出小于50μm的误差的高精度细节(例如珠宝模具,助听器)。
- 多材料喷涂:支持颜色和材料混合定制的消费品(电话,玩具)。
例子:JS使用SLA技术来协助牙科诊所根据患者牙科数据打印个性化的正畸电器。
2. 3D打印的可持续性
3D打印仅需要所需的材料量,并且与传统的减法制造(即切割)相比,需要减少废物的产生,因此特别适合昂贵的材料,例如钛合金和碳纤维复合材料。
数据比较:
传统过程:切割航空铝时的浪费速率高达70%。
3D打印:可以以低于10%的浪费重用粉末。
示例:JS提供了轻巧的结构组件无人机生产商具有50%的物质使用率。
3.速度优势
3D打印消除了对霉菌开发和多进程协调的需求,大大缩短了产品开发周期,尤其是适用于快速原型制作和小批次生产。
技术效率比较:
技术 | 原型生产时间(复杂变速箱) | 适用的方案 |
传统铸造 | 2-4周(包括制造) | 大量,标准件。 |
FDM | 12-24小时 | 快速验证设计可行性。 |
SLA | 6-8小时(高精度) | 功能原型,透明组件。 |
JS的3D打印技术有什么优点?
与传统印刷商店不同,JS提供具有工业级设备和专业知识的差异化解决方案:
1.高精度和复杂的结构
支持±0.005mm的公差,高于行业标准,用于精确零件制造(例如,医疗设备,航空航天组件等)。复杂的几何形状没有压力,空心结构,不规则的表面和其他形状,可以无霉菌。
2.材料多样性
我们从金属提供50多种材料选项(铝,钛,不锈钢),工程塑料(PEEK),生物相容性材料等,以满足汽车,电子和医疗保健领域的需求。
3.有效的生产和准时交货
借助自动生产线和智能调度系统,有98%的订单按时交付,平均项目周期较短15%。
在小型小批量定制(例如单件试验)和批量生产之间易于过渡。
4.成本优化
- 材料利用算法优化可以将浪费和整体成本降低20%。
- 免费设计评论服务提供以避免预先打印缺陷并降低返工成本。
5.可维护的制造业
通过使用绿色材料和节能设备,碳排放量降低了15%,废物回收率达到了20%,与绿色制造的方向保持一致。
概括
3D打印重新定义了制造的潜力,因为它将数字模型转换为物理对象。通过FDM进行分层堆叠,通过SLA精确固化或SLS粉状融合,3D打印一直在推动行业以敏捷的设计,高材料效率和快速迭代来克服传统限制。
从3D打印服务促进,从定制的医疗植入物到轻巧的航空航天组件的快速原型制造,可以实现复杂结构的制造。随着技术的传播和服务生态系统的发展,3D打印不仅降低了创新的障碍,而且还将定制生产从利基应用程序转移到大众应用程序。
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常见问题解答
1.为什么某些3D打印模型需要支持结构?
在3D打印中,如果模型的悬架或倾斜角度过高(例如,超过45°),则材料在重力下堆积在重力下很容易塌陷。支撑结构是支持悬架部分的临时框架,可确保打印的准确性和完整性。
2.为什么工业级打印比桌面打印更昂贵?
工业印刷的高成本是由于对钛合金和工程塑料等材料的要求更高,维护精密设备(例如激光校准和高温系统)以及技术支持成本。同时,必须确保高准确性,稳定性和质量生产效率,而桌面打印则集中在低成本和易用性上。
3.金属3D打印和塑料印刷之间有什么区别?
金属打印需要高温熔融粉末(例如SLS),这使得成品更强大,但是设备昂贵,主要用于航空航天和医疗植入物等高端区域。塑料印刷是由熔融沉积或光合作用形成的。它是低成本,易于操作的,适用于原型和日常产品,并且轻巧且经济。
4. 3D打印后处理的关键步骤是什么?
3D打印的后处理涉及去除支撑结构,表面抛光以去除层痕迹,热处理以增强强度以及美化步骤,例如表面喷涂或抛光,以确保成品光滑,耐用,并满足设计要求。